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出版者:清华大学出版社

作者:叶水春

出品人:

页数:280

译者:

出版时间:2004-9-1

价格:24.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302094777

丛书系列:

图书标签:

• 电工实训
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• 技能培训
• 电路分析

现代工业自动化系统集成与应用实践 本书内容简介 本书聚焦于当前工业生产线上日益普及的自动化系统，深入剖析了从基础传感器技术到复杂分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）的应用与集成。旨在为工程技术人员、自动化专业学生以及希望提升工厂智能化水平的企业提供一套全面、实用的理论指导与工程实践指南。 第一部分：工业传感与检测技术基础 本部分首先奠定了自动化系统数据采集的基石。我们详细介绍了各类常用工业传感器的原理、选型标准及其在不同环境下的可靠性考量。 1.1 传感器原理与分类： 深入探讨了电阻式、电容式、电感式、光电式、超声波式以及磁性传感器的工作机制。重点解析了这些传感器如何将物理量（如温度、压力、流量、位置）转化为电信号，并讨论了信号的线性度、灵敏度和迟滞性对系统精度的影响。特别为温度和压力测量设备建立了详细的校准流程和误差分析模型。 1.2 信号调理与数据预处理： 实践中，原始传感器信号往往含有噪声或标准不统一。本章详细讲解了信号调理电路的设计，包括放大、滤波（数字滤波与模拟滤波的权衡）、隔离和线性化处理。我们提供了基于标准工业协议（如4-20mA、0-10V）的信号转换实例，并介绍了模数转换器（ADC）的选择标准，强调了高精度数据采集对后续控制算法的重要性。 1.3 机器视觉与非接触测量： 随着工业4.0的发展，机器视觉已成为质量检测的核心手段。本部分涵盖了工业相机（线阵与面阵）、镜头选择、光源配置（明场、暗场、同轴光等）以及基础的图像处理算法（边缘检测、模板匹配、尺寸测量）。此外，激光位移传感器和三维扫描仪的原理及在复杂曲面检测中的应用也被纳入讨论。 第二部分：可编程逻辑控制器（PLC）核心技术与编程实现 本部分是自动化控制的核心，系统性地介绍了主流PLC的硬件结构、编程语言和高级应用技巧。 2.1 PLC硬件架构与选型： 对比分析了西门子S7系列、罗克韦尔Allen-Bradley ControlLogix系列以及三菱FX系列等主流PLC的CPU、I/O模块、通信模块的特性。重点阐述了冗余配置、热插拔技术在关键工艺流程中的价值。 2.2 IEC 61131-3标准编程实践： 详细讲解了五种标准编程语言：梯形图（LD）、指令表（IL）、结构化文本（ST）、功能块图（FBD）和顺序功能图（SFC）。我们提供了大量跨语言的编程范例，尤其强调了SFC在复杂批次控制中的应用，以及ST语言在数学运算和算法实现中的高效性。 2.3 高级控制算法在PLC中的实现： 突破基础的开关量控制，深入探讨了PID（比例-积分-微分）控制器的调优方法，包括Ziegler-Nichols法、带限制积分（Bumpless Transfer）的处理。此外，还涵盖了先进的串级控制、前馈控制在实际过程控制中的设计与调试流程。 2.4 工业网络与现场总线技术： 现代PLC必须与其他设备通信。本章系统介绍了工业以太网（Profinet, EtherNet/IP, Modbus/TCP）和现场总线（Profibus DP/PA, Foundation Fieldbus）的协议栈、物理层特性和网络拓扑设计。重点演示了如何配置安全的、确定性的数据交换，并处理网络故障诊断。 第三部分：分布式控制系统（DCS）与过程优化 本部分将视角从单元控制提升到整个工厂的集成控制层面，专注于DCS的设计理念、集成方式以及过程优化策略。 3.1 DCS系统结构与功能模块： 阐述了DCS的层次化架构（操作层、控制层、管理层），对比了集中式与分散式控制的优缺点。详细解析了DCS中控制器（Controller）、监控站（Workstation）和历史数据库（Historian）的关键功能和数据流向。 3.2 过程控制回路的构建与优化： 针对化工、电力、制药等连续流程行业，本书重点讲解了复杂的反馈回路设计，如高精度温度控制、多变量耦合控制。提供了一套系统性的过程辨识方法，以确定系统模型参数，从而实现更精确的PID参数整定。 3.3 历史数据管理与性能分析： 介绍了如何有效地采集、存储和查询过程历史数据。通过对关键性能指标（KPIs）的分析，例如设备平均无故障时间（MTBF）和能耗优化，指导工程师进行控制策略的持续改进。 第四部分：系统集成、安全与维护 本部分关注自动化系统的全生命周期管理，特别是系统集成、网络安全和故障排除。 4.1 SCADA与HMI界面设计规范： 强调了人机界面（HMI）的设计应遵循“少即是多”的原则。介绍了基于ISA 101标准的高性能HMI设计理念，包括颜色编码、报警管理策略（高优先级报警的筛选与抑制），确保操作员在紧急情况下能快速准确地做出决策。 4.2 工业网络安全加固： 随着IT/OT融合，系统安全成为重中之重。本章讲解了针对工业控制系统的网络安全威胁模型（如Stuxnet攻击原理），并提供了具体的防御措施，包括网络分段（Purdue Model）、访问控制列表（ACL）的配置、固件更新的安全流程以及入侵检测系统的部署。 4.3 自动化系统的调试与维护流程： 提供了从I/O点位核对、回路测试到系统联调的标准化SOP（标准操作程序）。重点阐述了基于状态监控的预测性维护技术，如何利用振动分析、热成像技术来预测设备故障，从而减少非计划停机时间。 本书内容严谨，理论联系实际，大量采用工程实例和调试报告作为支撑，是理解和掌握现代工业自动化系统集成的必备参考资料。

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